BRPI0708468A2 - Pathogen detection method using micro-beads conjugated with biorecognition molecules - Google Patents

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BRPI0708468A2
BRPI0708468A2 BRPI0708468-4A BRPI0708468A BRPI0708468A2 BR PI0708468 A2 BRPI0708468 A2 BR PI0708468A2 BR PI0708468 A BRPI0708468 A BR PI0708468A BR PI0708468 A2 BRPI0708468 A2 BR PI0708468A2
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Michael Mordinson Greenberg
Warren Che Wor Chan
Kevin Charles Kain
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Fio Corp
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Abstract

MéTODO DE DETECçãO DE PATóGENOS UTILIZANDO MICROPéROLAS CONJUGADAS COM MOLéCULAS DE BIORECONHECIMENTO Um método e um sistema são fornecidos para simultânea detecção e identificação de múltiplos patógenos numa amostra de um paciente. A amostra é combinada com micropérolas que foram injetadas com grânulos quânticos ou corantes fluorescentes e conjugadas com as moléculas de bioreconhecimento patógeno específicas, tais como anticorpos e oligonucleotídeos. Opções de tratamento podem ser determinadas com base nas identidades dos patógenos detectados na amostra.PATHOGEN DETECTION METHOD USING MICROPELLES CONJUGATED WITH BIORECOGNITION MOLECULES A method and system are provided for simultaneous detection and identification of multiple pathogens in a patient sample. The sample is combined with micropearls that have been injected with quantum granules or fluorescent dyes and conjugated to specific pathogen biorecognition molecules, such as antibodies and oligonucleotides. Treatment options can be determined based on the identities of the pathogens detected in the sample.

Description

"MÉTODO DE DETECÇÃO DE PATÓGENCS UTILIZANDOMICROPÉROLAS CONJUGADAS COM MOLÉCULAS DE BIORECONHECIMENTO""PATHOGEN DETECTION METHOD USING MICROPROPALS COMBINED WITH BIORECHONOGRAPHY MOLECULES"

A presente invenção se refere ao campo de detecção de patógenos.Particularmente, se refere a um sistema e método de detecção, identificação,caracterização e controle de marcadores de patógenos e hospedeiros, coleta edisseminação de informação referente a estes patógenos e seus hospedeiros em tempo realpara e a partir de um local instantâneo, fornecendo recomendações de tratamentoinstantâ neas e informação educacional.The present invention relates to the field of pathogen detection. In particular, it relates to a system and method of detecting, identifying, characterizing and controlling pathogens and host markers, collecting and disseminating information relating to these pathogens and their hosts in real time. and from an instant location, providing instant treatment recommendations and educational information.

Fundamentos da InvençãoBackground of the Invention

Detecção e caracterização de uma doença infecciosa é um processocomplexo que idealmente começa com a identificação do agente causador (patógeno). Istotem sido tradicionalmente acompanhado pelo exame direto e cultura de uma espécieclínica apropriada. Contudo, o exame direto é limitado pelo número de organismospresentes e pela habilidade do observador em reconhecer com sucesso o patcgeno.Similarmente, cultura in vitro do agente etiológco depende da seleção de meio de culturaadequado, assim como, das exigências do micróbio. A utilidade da cultura do patógeno éainda restringida pelos períodos de incubação longos e limitada sensibilidade, precisão eespecificidade.Detection and characterization of an infectious disease is a complex process that ideally begins with the identification of the causative agent (pathogen). This has traditionally been accompanied by direct examination and culture of an appropriate clinical specimen. However, direct examination is limited by the number of organisms present and the observer's ability to successfully recognize the pathogen. Similarly, in vitro culture of the etiological agent depends on the selection of appropriate culture medium as well as microbe requirements. The usefulness of the pathogen culture is further restricted by long incubation periods and limited sensitivity, precision and specificity.

Quando a cultura in vitro continua sendo uma opção viável, a identificaçãoe a diferenciação de microorganismos tem principalmente se sustentado na morfologiamicrobiológca e variáveis do crescimento que, em alguns casos, são suficiente para acaracterização da cepa (isto é, perfis de isoenzimas, perfis de suscetibilidade aantibióticos, e análises q uimiotográficas de ácidos graxos).When in vitro culture remains a viable option, the identification and differentiation of microorganisms has mainly relied on morphological and microbiological growth variables that, in some cases, are sufficient to characterize the strain (ie isoenzyme profiles, susceptibility profiles). antimicrobials, and chemotographic analyzes of fatty acids).

Se a cultura é difícil, ou as espécies não são coletadas no tempoapropriado, a detecção da infecção é freqüentemente realizada retrospectivamente, dealgum modo, demonstrando uma resposta de anticorpos do soro no hospedeiro infectado.Métodos de detecção de antígeno e anticorpo tem se baseado nos desenvolvimento deanálises de imunofluorescência direta (AFD) e indireta (AFI) e técnicas baseadas emimunoensaio enzimátic o (IEE), mas estes métodos também podem apresentar limitadasensibilidade.If culture is difficult or species are not collected in a timely manner, infection detection is often performed retrospectively, in some way demonstrating a serum antibody response in the infected host. Antigen and antibody detection methods have been based on development Direct (AFD) and indirect (AFI) immunofluorescence analyzes and enzymatic immunoassay (IEE) -based techniques, but these methods may also have limited sensitivity.

Estes métodos existentes têm vári os problemas, Primeiro, o processo podelevar vários dias para ter resultados. No caso de patógenostransmissíveis e/ou perigosos,a confirmação do tipo de patógeno pode não ser recebida até que o hospedeiro já tenha exposto outros ou passado da possibilidade de tratamento. Segundo, o transporte dasamostras aos laboratórbs para crescimento da cultura aumenta o risco de erros, tais comoidentificação errada da amostra, ou exposição de pessoas não protegidas a uma amostraque contém um patógeno altamente transmissível. Terceiro, os testes de patógenos sãolimitados, baseados na lista de patógenos suspeitos fornecida pelo observador (isto é, médico), significando que patógenos não suspeitados não são testados, mas podem estarpresentes.These existing methods have several problems. First, the process may take several days to get results. In the case of transmissible and / or hazardous pathogens, confirmation of the type of pathogen may not be received until the host has already exposed others or past the possibility of treatment. Second, transporting samples to laboratories for culture growth increases the risk of errors such as misidentifying the sample or exposing unprotected people to a sample that contains a highly transmissible pathogen. Third, pathogen testing is limited, based on the list of suspected pathogens provided by the observer (ie physician), meaning that non-suspected pathogens are untested but may be present.

Relacionado a este método de diagnóstico está a resposta a um surto dedoença infecciosa. Se um surto é suspeitado ou detectado, a resposta existente é o métododa quarentena, de centenas de anos de idade. Em casos de surtos de doenças infecciosaspara os quais os tratamentos apropriados e/ou testes de investigação/diagnóstico sensíveis,específicos e rápidos estão faltando, a quarentena continua sendo o único meio deprevenção da disseminação descontrolada da doença. Quando a infecção é suspeitada,simplesmente com base em patamares epidemiológicos.ou mesmo baseado na comparaçãoda apresentação da doença, indivíduos saudáveis ou não expostos podem ficar dequarentena junto com indivíduos infectados, elevando suas possibilidades de contrair adoença como conseqüência da quarentena. A disponibilidade de um teste confirmatóròrápido para o patcgeno em que3stão reduziria bastante o tempo de quarentena, e destemodo, reduziria a possibilidade de contato da doença a partir de pessoas realmenteinfectadas.Related to this diagnostic method is the response to an infectious finger outbreak. If an outbreak is suspected or detected, the existing response is the hundreds-year-old quarantine method. In cases of infectious disease outbreaks for which appropriate treatments and / or sensitive, specific and rapid investigative / diagnostic tests are lacking, quarantine remains the only means of preventing uncontrolled spread of the disease. When infection is suspected, simply on the basis of epidemiological thresholds. Or even based on comparing disease presentation, healthy or unexposed individuals may be quarantined with infected individuals, increasing their chances of contracting the disease as a result of quarantine. The availability of a rapid confirmatory test for the pathogen in which they would greatly reduce quarantine time, and in this way would reduce the likelihood of disease contact from actually infected persons.

Embora a quarentena continue sendo um método em último caso deproteção da saúde pública, a demora em fornecer um diagnóáico correto, esubseqüentemente, um tratamento adequado, ocorre diariamente em hospitais e clínicasmédicas similares. O problema provém do fato de que muitas doenças possuemapresentações clínicas muito similares nos primeiros estágios da infecção, e na ausênciade um meticuloso histórico paciente/viagem, como por exemplo, malária e SRA(síndrome respiratória aguda grave), podem ser equivocadamente diagnosticadas comouma gripe comum (isto é, febre, calafrios), embora com conseqüências potencialmentefatais. Se houvesse disponível um teste multi-patógeno que diferenciasse doenças comapresentações similares, uma tragédia poderia ser evitada.Although quarantine remains a method of ultimately public health protection, the delay in providing a correct diagnosis, and subsequently appropriate treatment, occurs daily in hospitals and similar medical clinics. The problem stems from the fact that many diseases have very similar clinical presentations in the early stages of infection, and in the absence of a meticulous patient / travel history, such as malaria and SARS, can be misdiagnosed as a common flu. (ie fever, chills), although with potentially fatal consequences. If a multi-pathogen test that differentiated diseases with similar presentations was available, a tragedy could be prevented.

Em contraste com a dependência sobre as características morfológcas,traços genotípicos e protêmicos do patógeno geralmente fornecem informações confiáveise quantificáveis para a detecção e caracterização dos agentes infecciosos. Além disso,DENA/RNA microbiano pode ser extraído diretamente das espécies clínicas sem anecessidade de purificação ou isolamento do agente.In contrast to the dependence on morphological characteristics, genotypic and protein traits of the pathogen generally provide reliable and quantifiable information for the detection and characterization of infectious agents. In addition, microbial DENA / RNA can be extracted directly from clinical species without the need for purification or isolation of the agent.

Numa escala global, técnicas moleculares podem ser amplamente aplicadasem estudos de investigação e controle que monitoram a predominância e distribuição dadoença, avaliação das medidas de controle, e identificação de surtos.On a global scale, molecular techniques can be widely applied in research and control studies that monitor the prevalence and distribution of disease, evaluation of control measures, and outbreak identification.

Dispositivos de diagnósíco de ponto de cuidado (PDDs - "Point-of-careDiagnostic Devices") têm sido desenvolvidos para várias doenças infecciosas individuais.Na maioria dos casos estes ensaios são testes imunocromatográficos únicoscolorimétricos em tiras projetadas para detectar um agente infeccioso único (tanto deresposta de antígeno patógeno específico quanto de anticorpo) em um pequeno volume desangue ou soro.Point-of-careDiagnostic Devices (PDDs) have been developed for several individual infectious diseases. In most cases these assays are single colorimetric immunochromatographic tests on strips designed to detect a single infectious agent (both response). pathogen-specific antigen as well as antibody) in a small volume of blood or serum.

Atualmente, nenhum destes ensaios tem a capacidade de detectar múltiplospatógenosou de simultaneamente detectar marcadores genômicose protêmicos de múltiplospatógenos. Limitações similares existem para outros ensaios de diagnólico rápido. Umavez que a maioria destes testes se baseiam numa mudança colorimétrica visual única parasua leitura, as oportunidades de detectar múltiplos patógencs são gravemente impedidas ea maioria dos PDDs atuais estão restritos a detecção de um único patógeno.Conseqüentemente, a avaliação de pacientes quanto a potenciais agentes infecciosos outestes de uma unidade de sangue para agentes transmissíveis comuns requerem quemúltiplos testes consecutivos de ponto de cuidado sejam realizados, complicando aadministração clínica, r etardando os resultados e elevando os custos significativamente.Currently, none of these assays has the ability to detect multipathogens or to simultaneously detect proteomic genomic markers of multipathogens. Similar limitations exist for other rapid diagnostic assays. Since most of these tests are based on a single visual colorimetric change for reading, opportunities to detect multiple pathogens are severely hindered and most current PDDs are restricted to detecting a single pathogen. Consequently, patient evaluation for potential infectious agents Tests of a blood unit for common communicable agents require multiple consecutive point-of-care tests to be performed, complicating clinical administration, delaying results, and significantly increasing costs.

Muitos PDDs não atendem ao que é considerado requerimentos essenciaisincluindo: facilidade de realização, requerimento de treinamento mínimo, geração deresultados inambíguos, alta sensibilidade e especificidade, geração de resultados nomesmo dia (preferencialmente em minutos), relativo baixo custo e nenhuma necessidadede refrigeração ou equipamento adicional especializado.Many PDDs do not meet what are considered essential requirements including: ease of implementation, minimal training requirement, unambiguous result generation, high sensitivity and specificity, same day results (preferably in minutes), relatively low cost and no need for refrigeration or additional equipment skilled.

Em resumo, apesar da disponibilidade atual de excelentes reagentes paradiagnóíico (por exemplo, marcadores de anticorpo e áci do nucléico) que reconhecemalvos em muitos patógenos microbianos, as estratégias atuais apresentam característicasinadequadas de desempenho.Contribuindo para isto está o fato de que estes reagentes sãoconjugados com corante orgânicos, partículas ou enzimas marcadas com ouro aos quaisfalta suficiente sensibilidade para serem detectados no nível molecular simples. Alémdisso, os atuais esquemas de detecção e plataformas PDD tipicamente se baseiam emmudanças únicas colorimétricas macroscópicas e não são bem estudadas quanto a detecçãosimultânea de múltiplos patógenos.In summary, despite the current availability of excellent paradiagenic reagents (eg antibody markers and nucleic acid) that recognize targets in many microbial pathogens, current strategies have inadequate performance characteristics. Contributing to this is the fact that these reagents are conjugated to gold-colored organic dyes, particles or enzymes which lack sufficient sensitivity to be detected at the single molecular level. In addition, current detection schemes and PDD platforms typically are based on unique macroscopic colorimetric changes and are not well studied for simultaneous detection of multiple pathogens.

Avanços mais recentes em diagnóstico molecular, incluindo PCR em temporeal combinado com processamento automática de espécies, têm endereçado um númerode limitações aos recentes ensaios de amplificação de gene não-padro nizada e in situ.More recent advances in molecular diagnostics, including temporal PCR combined with automatic species processing, have addressed a number of limitations to the recent in situ non-standard gene amplification assays.

Estes ensaios representam um significativo avanço na detecção, quantificação ecaracterização de muitos micróbios e atualmente representam o "ouro" ou o padrão dereferência para diagnósticos de doenças infecciosas para inúmeros patógenos. Contudo,estes ensaios são ainda complexos, caros, e requerem equipamento especializado, criandovárias barreiras às suas potenciais aplicações como ponto de cuidado.These assays represent a significant advance in the detection, quantification, and characterization of many microbes and currently represent the "gold" or reference standard for diagnosing infectious diseases for numerous pathogens. However, these tests are still complex, expensive, and require specialized equipment, creating several barriers to their potential applications as a point of care.

Finalmente, as atuais estratégias de detecção genômica ou protêmicarequerem um processamento da amostra e comprometimento técnico para uma estratégiaou outra. Não há atualmente capacidade de detectar simultaneamente tanto alvosantigênicos para alguns patógencs e alvos genéticos para outros. Isto limita a detecçãosimultânea de alvos patógenos-específicos preferidos e apresenta um barreira aexploração completa da força complementar de ambas estratégias.Finally, current genomic or protein detection strategies require sample processing and technical commitment to one strategy or another. There is currently no ability to simultaneously detect both antigenic targets for some pathogens and genetic targets for others. This limits the simultaneous detection of preferred pathogen-specific targets and presents a barrier to full exploitation of the complementary strength of both strategies.

Necessita-se de um sistema que possibilite a detecção, identificação ecaracterização de patógeno, bem como, caracterização de hospedeiro de uma maneiramuito mais oportuna do que os métodos existentes. Preferivelmente, tal sistema sustentariauma plataforma de seleção modular de patógeno, baseado nas necessidades específicas decuidados médicos ou clínicos no contexto em que o dispositivo é usado (isto é, parainvestigação ou diagnóáico). Além disso, o sistema também seria capaz de detecção,identificação e caracterização simultânea de múltiplos patógenos numa única amostra emque os patógenos são diferenciados pelos perfis óticcs patógeno-específicos armazenadosnuma base de dados pré-existente.A system is needed to enable pathogen detection, identification and characterization, as well as host characterization in a much more timely manner than existing methods. Preferably, such a system would support a modular pathogen selection platform based on the specific medical or clinical needs in the context in which the device is used (ie, for investigation or diagnosis). In addition, the system would also be capable of simultaneous detection, identification and characterization of multiple pathogens in a single sample where pathogens are differentiated by pathogen-specific optical profiles stored in a pre-existing database.

Resumo da InvençãoSummary of the Invention

De acordo com um aspecto da invenção é provido um método de realizaçãode um ou mais de: detecção, identificação e caracterização de patógenose caracterizaçãode hospedeiros de patógenos utilizando marcadores para patcgenos e hospedeiros,compreendendo as etapas de: a) preparar um meio de detecção-marcador contendoassinaturas da identidade e características de patógenose opcionalmente de hospedeiros; b)coleta de uma amostra de um hospedeiro; c) combinação de amostra com marcador-meiode detecção e d) análise de assinaturas para detectar, identificar e caracterizar ospatógenos, e opcionalmente, caracterizar o hospedeiro.According to one aspect of the invention there is provided a method of performing one or more of: pathogen detection, identification and characterization and pathogen host characterization using markers for pathogens and hosts, comprising the steps of: a) preparing a marker detection means containing signatures of identity and pathogenetic characteristics optionally of hosts; b) collecting a sample from a host; c) combining sample with marker-half detection and d) signature analysis to detect, identify and characterize the pathogens, and optionally characterize the host.

Preferivelmente, a amostra coletada é uma amostra de sangue, emboraplasma, soro, líquido céfalo-raquidiano (LCR), lavagem bronquialveolar (LBA), secreçãonasofaringeal (NF) coletada, aspirados de NF, expectoração e outros tipos de amostrastambém podem ser usadas, e os marcadores do sistema de detecção é patógeno-meio dedetecção que preferivelmente compreendem micropérolas conjugadas com moléculas debioreconhecimento (MBRs) e as micropérolas são injetadas como grâ nulos quân ticos, ouuma partícula ou composto fluorescente. Também preferivelmente, cada uma dasmicropérolas contém uma combinação única de grânulos quâ nticos para fornecer umcódigo de barras ótico único associado a cada micropérola para detecção patqgeno-específica única e/ou assinaturas de hospedeiros específicos.Preferably, the sample collected is a blood sample, although plasma, serum, cerebrospinal fluid (CSF), bronchialveolar lavage (BAL), collected pharyngeal secretion (NF), NF aspirate, sputum, and other types of samples may also be used, and The detection system markers are pathogen-sensing medium which preferably comprise micro-recognition molecule conjugated beads (MBRs) and the beads are injected as quantum granules, or a fluorescent particle or compound. Also preferably, each of the beads contains a unique combination of quantum beads to provide a unique optical bar code associated with each bead for unique pathogen-specific detection and / or specific host signatures.

Preferivelmente, a etapa de aná Iise compreende iluminar a amostra demicropérola-patógpno com um laser conforme esta flui através de um canalmicrofluí dico e coleta do espectro resultante com um espectrofotônetro/câ mera CCD,tubo fotomultiplicador e/ou uma coleção de fotodetectores em avalanche (FDAs). Cadaespectro se correlaciona a um patcgeno previamente designado.Preferably, the analysis step comprises illuminating the pathogen-pearl sample with a laser as it flows through a microfluidic channel and collecting the resulting spectrum with a CCD spectrophotometer / camera, photomultiplier tube and / or avalanche photodetector collection ( FDAs). Each spectrum correlates with a previously designated pathogen.

Opcionalmente, o método pode incluir a produção de uma lista demarcadores de caracterização de hospedeiros associados com a dita amostra dohospedeiro como parte da etapa de aná Iise d).Optionally, the method may include producing a list of host characterization markers associated with said host sample as part of the analysis step d).

Opcionalmente, o método pode incluir uma etapa adicional e) defornecimento de uma lista de opções de tratamento com base na lista de patógpnos geradapela etapa de anál ise d).Optionally, the method may include an additional step e) providing a list of treatment options based on the list of pathogens generated by the analysis step d).

Opcionalmente, o método pode também incluir a etapa f) de correlação dedados de informaçã o de localizaçã o geográ fica com a lista de patqgenos e marcadoresde hospedeiros gerada na etapa de aná Iise d) via um localizador GPS.Optionally, the method may also include step f) of correlating geographic location information data with the list of host pathogens and markers generated in analysis step d) via a GPS locator.

Preferivelmente, o método ainda inclui uma etapa adicional g) detransmissão, preferivelmente sem fio, da dita lista de marcadores de patógenose a ditalista de marcadores identificadores de hospedeiros e os ditos dados de localizaçãogeográfica para uma base de dados remota, bem como, transmissão da informação detratamento e educacional a partir da base de dados para o dispositivo arquivado. Notar-se-á que as etapas do processo não são necessariam ente conduzidas na ordem especificada.Preferably, the method further includes an additional step g) transmitting, preferably wirelessly, said list of pathogen markers to host-identifying markers and said geographic location data to a remote database, as well as transmitting the information retraining and educational from the database to the archived device. It will be appreciated that the process steps are not necessarily conducted in the specified order.

O método ainda inclui a detecção de micropérolas-patógeno conjugadas emuma vazão de fluxo impulsionado por um fluxo eletrocinético ou hidrodinâmico atravésde um canal microfluídico. Conforme as pérolas com código de barras passam por umfeixe de laser numa extremidade do canal, os espectros emitidos por grânulos quân ticosdento das pérolas, (como parte do código de barras), ou fora das pérolas (como parte deum mecanismo de detecção complexo pérola-patógeno, que pode incluir fluoróforos comoabaixo descritos) são coletados por um sistema espectrofotômetro/câmera CCD, tubofotomultiplicador e/ou uma coleção de FDAs e analisados por software apropriado.The method further includes detecting conjugated pathogen-beads in a flow rate driven by an electrokinetic or hydrodynamic flow through a microfluidic channel. As bar-coded beads pass a laser beam at one end of the channel, spectra emitted by quantum beads from the beads (as part of the barcode) or outside the beads (as part of a complex pearl-detection mechanism). These pathogens, which may include fluorophores as described below), are collected by a spectrophotometer / CCD camera system, multi-multiplier tube and / or a collection of FDAs and analyzed by appropriate software.

De acordo com um outro aspecto da invenção um sistema de componentes éprovido que é capaz de executar qualquer dos métodos acima.According to another aspect of the invention a component system is provided which is capable of performing any of the above methods.

As vantagens da presente invenção incluem uma vasta redução naquantidade de tempo necessária para identificar os patógenos em uma amostra de umpaciente, comparado com a maioria dos métodos atualmente em uso, bem como, ahabilidade em fornecer rápida informação no local referente ao tratamento e medidas dequarentena para qualquer patógeno identificado. Uma outra vantagem é a habilidade emcoletar dados do paciente e patógeno numa base de dados global e extrair a informaçãocontida nesta base de dados para produzir perspectivas e rastreamento para vário spatógenos e seus hospedeiros, cuja informação pode ser usada para controle, pesquisa,projeto terapêutico, e outros objetivos.Advantages of the present invention include a vast reduction in the amount of time required to identify pathogens in a patient sample compared to most methods currently in use, as well as the ability to provide rapid on-site treatment information and quarantine measures. any pathogen identified. Another advantage is the ability to collect patient and pathogen data from a global database and extract the information contained in this database to produce perspectives and tracking for various spatogens and their hosts whose information can be used for control, research, therapeutic design, and other goals.

Outras vantagens e características da invenção ficarão aparentes paraaqueles versados na arte a partir da seguinte descrição detalhada desta, tomada emconjunto com os desenhos anexos.Other advantages and features of the invention will be apparent to those skilled in the art from the following detailed description thereof, taken in conjunction with the accompanying drawings.

Breve Descrição dos De senhosBrief Description of Password

A invenção será agora descrita em maiores detalhes, por meio de exemploapenas, com referência aos desenhos anexos, em que os mesmos números se referem aosmesmos elementos, em que:The invention will now be described in more detail by way of example only with reference to the accompanying drawings, in which the same numerals refer to the same elements, wherein:

A figura 1 é um fluxograma detalhando as séries de etapas no métodoinventivo aqui revelado;Figure 1 is a flow chart detailing the series of steps in the inventive method disclosed herein;

A figura 2 é um diagrama em bloco de um dispositivo de detecção depatógeno; eFigure 2 is a block diagram of a pathogen detection device; and

A figura 3 é um diagrama em bloco de dispositivos múltiplos decomunicação com uma base de dados central.Figure 3 is a block diagram of multiple communication devices with a central database.

Descrição Detalhada das Realizações PreferidasDetailed Description of Preferred Accomplishments

Em referência agora a figura 1, o presente método inventivo é descrito poruma série de etapas estabelecidas num fluxograma.Referring now to Figure 1, the present inventive method is described by a series of steps set forth in a flow chart.

A primeira etapa 12 é coletar uma amostra de um hospedeiro (por exemplo,amostra humana, animal, ambiental), preferivelmente uma amostra de sangue, emboraamostras de plasma, soro, LCR, LBA, secreção NF coletada, aspirados de NF,expectoração e outros tipos de amostras físicas podem ser usadas, conforme apropriado.The first step 12 is to collect a sample from a host (eg, human, animal, environmental), preferably a blood sample, although samples of plasma, serum, CSF, BAL, collected NF secretion, NF aspirates, sputum and others. Physical sample types may be used as appropriate.

Esta amostra é então analisada 14 e uma lista de patógenos identificados na amostra égerada 16. Um receptor GPS 22 determina o local do leitor de amostras e assim, aamostra. A lista de patógenos identificados e a informação de localização são ambasenviadas 20 para uma base de dados central para armazenamento e processamento.This sample is then analyzed 14 and a list of pathogens identified in the sample is generated 16. A GPS receiver 22 determines the location of the sample reader and thus the sample. The list of identified pathogens and location information are both sent to a central database for storage and processing.

Enquanto isso, uma lista de opções de tratamento é mostrada em 18, com base nospatógenos ideníficados, para a consideração do operador.Meanwhile, a list of treatment options is shown at 18, based on the identified pathogens, for operator consideration.

A análise 14 é realizada por um dispositivo de detecção de patógeno 30como mostrado na figura 2. Este dispositivo 30 é portátil, preferivelmente segurado coma mão, e possui uma saída 32 para receber uma amostra e um visor 36 para mostrar alista de patógencB detectados dentro da amostra. Um dispositivo de entrada 38, tal comoum teclado, é também provido para possibilitar o rolamento e a visualização do visor e entrada de informação adicional (notas de campo, etc.). Os patógencs numa amostra sãoidentificados com base na identificação dos espectros com dados previamentearmazenados correspondentes a cada patógenotrazido pelo dispositivo. A base de dados deespectros pode ser uma base de dados interna no dispositivo 30 (mantida numa memóriaflash ou armazenamento similar para permitir sua atualização) ou recuperação por comunicação com uma base de dados externa. Um receptor GPS 35 é tambémpreferivelmente localizado no dispositivo 30, junto com um visor que mostra ascoordenadas GPS. Idealmente, toda comunicação é conduzida sem fio para uma faixamáxima e portabilidade. O dispositivo de detecção de patógeno 30 é idealmente capaz dedetectar múltiplos patógaios, múltiplos MBRs do mesmo patógeno,bem como, marcadores de hospedeiros dentro de uma única amostra, e preferivelmente marcadores de diferentestipos, tais como marcadores a base de proteína e marcadores a base de genes.Analysis 14 is performed by a pathogen detection device 30 as shown in Figure 2. This device 30 is portable, preferably hand held, and has an output 32 for receiving a sample and a display 36 for showing a list of pathogens detected within the pathogen. sample. An input device 38, such as a keyboard, is also provided to enable scrolling and display of the display and input of additional information (field notes, etc.). Pathogens in a sample are identified based on the identification of previously stored spectra with data corresponding to each pathogen brought by the device. The spectra database may be an internal database on device 30 (kept in flash memory or similar storage to allow updating) or retrieval by communicating with an external database. A GPS receiver 35 is also preferably located on device 30, along with a display showing GPS coordinates. Ideally, all communication is conducted wirelessly for maximum speed and portability. Pathogen detection device 30 is ideally capable of detecting multiple pathogens, multiple MBRs of the same pathogen as well as host markers within a single sample, and preferably markers of different types such as protein based markers and genes.

O método de detecção usado pode ser variado entre os métodos disponíveisf adequados, contudo, um método preferido é o uso de moléculas de bioreconhecimento(MBRs) conjugadas com micropérolas dopadas com grânulos quânticos ou nanopérolas/nanopartícu Ias. Alternativas incluem grânulos quânticos únicos oufluoróforos conjugados com MBRs. Grânulos quânticos, também conhecidos comonanocristais semicondutores, são partículas eletromagneticamente ativas com base nananotecnologia, na faixa de tamanho de 2 nanônetros (nm) a 8 (nm). Uma propriedadeparticularmente útil dos grânulos quântico s é que estes são fluorescentes, isto é, emitem luz após breve iluminação com um laser. Adicionalmente, grânulo s quânticos dediferentes tamanhos fluorescerão em diferentes cores e a cor de fluorescência pode sermodificada pela forma, tamanho e composição da partícula. MBRs são moléculas que seligam apenas a uma única outra molécula biológica e são patqgenas específicas. Porexemplo, "anticorpos" são MBRs que se ligam a proteínas e "marcadores de oligonucleotídeos" são MBRs que se ligam a seqüências de genes complementares (porexemplo, DNA ou RNA). Patógenose hospedeiros tem tanto marcadores únicos quantocompartilhados de gene e proteína, e cada marcador pode ser ligado a uma MBRespecífica.The detection method used may be varied among suitable available methods, however, a preferred method is the use of biorecognition molecules (MBRs) conjugated to quantum granule-doped or nanoparticles / nanoparticles. Alternatives include single quantum granules or fluorophors conjugated to MBRs. Quantum granules, also known as semiconductor crystals, are electromagnetically active particles based on nanotechnology, in the size range of 2 nanometers (nm) to 8 (nm). A particularly useful property of quantum beads is that they are fluorescent, that is, they emit light after brief illumination with a laser. In addition, different size quantum granules will fluoresce in different colors and the fluorescence color may be modified by the shape, size and composition of the particle. MBRs are molecules that only select to one other biological molecule and are specific pathogens. For example, "antibodies" are protein-binding MBRs and "oligonucleotide markers" are MBRs that bind to complementary gene sequences (eg, DNA or RNA). Host pathogenesis has both unique quantocharged gene and protein markers, and each marker can be linked to a specific MBR.

Uma micropérola, que é uma pérola de poliestireno (ou polímero similar)que pode ter de 100 nanômetros-lOmicrômetrosde diâmetro e dopada com uma coleçãode grânulos quâ nticos, é fisicamente conjugada a uma MBR. Pela introdução decombinações únicas de grânulos quânt icos de diferentes tamanhos (isto é, cores) e emdiferentes concentrações nas micropérolas, as micropérolas com milhares de combinaçõesdistintas de cores e intensidades de grânulo s quânticos podem ser criadas. Quando umlaser ilumina as micropérolas, os grânulos quânticos fluorescem para produzir umacombinação distinta de cores. Estas combinações de cores são um exemplo de um códig)de barra, neste caso um código de barra ótico, análogo a um símbolo UPC, e tiposconhecidos similares de códigcs de barra impressos. Uma vez que cada MBR reconheceum patógeno distinto ou marcador de hospedeiro e cada micropérola apresenta um códig)de barras único, cada micropérola MBR-conjugada fornece um código de barras para umpatógeno específico ou marcador de hospedeiro reconhecido por sua MBR. Estasmicropérolas MBR-conjugadas, bem como, grâ nulos quân ticos MBR-conjugados, podemser liofilizadas em um póe providos no kit de análise de amostra.A micropearm, which is a polystyrene (or similar polymer) bead that can be 100 nanometers in diameter and doped with a collection of quantum granules, is physically conjugated to an MBR. By introducing unique combinations of quantum granules of different sizes (i.e. colors) and different concentrations in the beads, the beads with thousands of distinct color combinations and quantum bead intensities can be created. When a laser illuminates the beads, the quantum beads fluoresce to produce a distinct combination of colors. These color combinations are an example of a barcode, in this case an optical barcode, analogous to a UPC symbol, and similar known types of printed barcodes. Since each MBR recognizes a distinct host pathogen or marker and each micropearm has a unique barcode, each MBR-conjugated micropearm provides a barcode for a specific host pathogen or marker recognized by its MBR. These MBR-conjugated beads as well as MBR-conjugated quantum granules may be lyophilized to a powder and provided in the sample analysis kit.

Para diferenciar entre pérolas MBR-conjugadas ligadas a patcgenos eaquelas que não são, um sinal de detecção confirmatórioadicional na forma de moléculade IgG anti-humano, e/ou um IgM anti-humano, ou um anticorpo patógero-específico (istoé, anticorpo anti-X), ou um oligonucleotídeo (complementar a um gene de um patógeno deinteresse) conjugado a um fluoróforo, é incluído. A leitura de um teste de detecção depatógeno com sucesso compreende o sinal do código de barras da pérola e um segundosinal gerado pelo flúorófero.To differentiate between pathogen-linked MBR-conjugated beads and those that are not, an additional confirmatory detection signal in the form of an anti-human IgG molecule, and / or an anti-human IgM, or a pathogen-specific antibody (i.e. anti-human antibody). X), or an oligonucleotide (complementary to a gene of a pathogen of interest) conjugated to a fluorophore, is included. Reading a successful pathogen detection test comprises the pearl barcode signal and a second signal generated by the fluorophore.

Um exemplo de detecção de patógenoé um sistema de captura de antígeno.O sistema de captura de antígeno inclui um anticorpo de captura (isto é, um MBR) queestá ligado a micropérola com código de barras que é responsável pela captura doantígeno na amostra. Um segundo anticorpo (anticorpo de detecção) que reconhece opatógeno antígeno/pro teína então se liga ao complexo. Este anticorpo de detecção éconjugado com um fluoróforo. Quando a amostra é analisada, se o sinal para a detecçãodo anticorpo não é detectado, o patógenonão registra como detectado, tanto porque nãoestá presente na amostra quanto por conta de falha do ensaio. O último caso é eliminadose os sinais corretos da amostra de controle positivo, isto é, detecção do código de barrasapropriado da micropérola contendo MBR-grânulo quântico corrido em paralelo comtodos os testes clínicos forem detectados.An example of pathogen detection is an antigen capture system. The antigen capture system includes a capture antibody (i.e., an MBR) that is attached to the bar-coded bead that is responsible for capturing the antigen in the sample. A second antibody (detection antibody) that recognizes the antigen / protein opatogen then binds to the complex. This detection antibody is conjugated to a fluorophore. When the sample is analyzed, if the signal for antibody detection is not detected, the pathogen does not record as detected, either because it is not present in the sample or because of assay failure. The latter case is eliminated if the correct signals from the positive control sample, that is, appropriate bar code detection of the micro-pearl containing MBR-quantum granule run in parallel with all clinical tests are detected.

Um outro exemplo de detecção de patógeno é um sistema de captura deanticorpo. No sistema de captura de anticorpo, a MBR que está ligada a micropérolacodificada com o código de barras é uma proteína ou antígeno patógeno-específico(natural, recombinante, ou sintético). O anticorpo complementar ao antígeno, se presentena amostra clínica se (ligaria ao antígeno ligado a pérola. Este complexo é reconhecidopela adição de um anticorpo anti-humano (de detecção) secundário (IgM anti-humano ouIgG anti-humano). Este anticorpo de detecção é conjugado com um fluoróforoNovamente, quando a amostra é analisada, se o sinal para o anticorpo de detecção não édetectado paralelamente ao sinal do códigp de barras da pérola o pat^eno não registracomo detectado, tanto porque não está presente na amostra quanto por conta de falha doensaio. O último caso é eliminado se os sinais esperados da amostra de controle positivo,como acima mencionado, for corretamente detectados.Another example of pathogen detection is an antibody capture system. In the antibody capture system, the MBR that is bound to the barcoded micropolyte is a pathogen-specific protein or antigen (natural, recombinant, or synthetic). Antibody complementary to antigen, if present in clinical specimen if (would bind to pearl-bound antigen. This complex is recognized by the addition of a secondary anti-human (detection) antibody (anti-human IgM or anti-human IgG). It is conjugated to a fluorophore Again, when the sample is analyzed, if the signal for the detection antibody is not detected parallel to the signal from the pearl bar code the path does not record as detected, either because it is not present in the sample or because Assay Failure The latter case is eliminated if the expected signals from the positive control sample, as mentioned above, are correctly detected.

Ainda um outro exemplo de detecção de patógeio é um sistema de aná Iisegenômica. No sistema de análise genômicaa MBR que é ligada a micropérola com códig)de barras é um oligonucleotídeos patógeno-específico (RNA ou DNA) (1-25 pares de basede comprimento). Com a adição da amostra, o oligonucleotídeo hibridizará com suaseqüência complementar no gene do patógeno. Uma segunda seqüência oligonucleotídicacomplementar a uma porção a jusante do gene de interesse é subseqüentemente conjugadaa um fluoróforo. Novamente, quando a amostra é analisada, se o sinal para a segundaseqüência não é detectado, o patógeno não registra como detectado, tanto porque nãoestá presente na amostra quanto por conta de falha do ensaio. Uma amostra de controlepositivo corretamente detectada, como referida acima elimina o cenário anterior.Yet another example of pathogen detection is an isegenomic analysis system. In the MBR genomic analysis system that is linked to the bar coded micropearate is a pathogen-specific oligonucleotide (RNA or DNA) (1-25 base pairs in length). With the addition of the sample, the oligonucleotide will hybridize to its complementary sequence in the pathogen gene. A second oligonucleotide sequence complementary to a downstream portion of the gene of interest is subsequently conjugated to a fluorophore. Again, when the sample is analyzed, if the signal for the second sequence is not detected, the pathogen does not record as detected, either because it is not present in the sample or because of assay failure. A correctly detected positive control sample as noted above eliminates the previous scenario.

A amostra biológica (por exemplo, sangue) é adicionada a um recipiente, ediferentes marcadores de patógenos se ligam a várias micropérolas carregando as MRBsde patógeno específicas. A amostra combinada é então lavada ou de outro modo tratadapara remover material estranho e micropérolas não ligadas. Os anticorpos de detecçãoconjugados aos fluorófaos são então adicionados para produzir um complexo pérola-amostra-detector.The biological sample (e.g., blood) is added to a container, the pathogen marker constructs binding to various beads carrying the specific pathogen MRBs. The combined sample is then washed or otherwise treated to remove foreign material and unbound beads. Detection antibodies conjugated to fluorophages are then added to produce a bead-sample-detector complex.

O complexo pérola-amostra-detector secundár io é passado através de umcanal microfluídico via um fluxo impulsionado hidrodinamicamente oueletrocineticamente e passado através de um feixe de laser localizado em uma extremidadedo canal. O feixe de laser ilumina os grânul os quânticos no complexo e os comprimentosde onda emitidos são guiados tanto para um sistema espectrofotônetro/CCD, tubofotomultiplicador e/ou uma série de FDAs. O software de deconvolução de sinal traduz osinal e o código óíco correspondente é comparado com espectros patógeno-específicosarmazenados numa base de dados de características de patógenos ou hospedeiros trazidopelo dispositivo de detecção. Então, uma lista de patógenos detectados e características depatógenos e hospedeiros é produzida. O tempo de resposta desde da obtenção da amostrabiolçgica original até a produção da lista de patógenos pode ser medido em minutos.The secondary pearl-sample-detector complex is passed through a microfluidic channel via a hydrodynamically driven or electrokinetically driven flow and passed through a laser beam located at one end of the channel. The laser beam illuminates the quantum granules in the complex and the emitted wavelengths are guided to either a spectrophotometer / CCD system, a multi-multiplier tube and / or a series of FDAs. Signal deconvolution software translates the signal and the corresponding ico code is compared to pathogen-specific spectra stored in a pathogen or host characteristic database brought by the detection device. Then, a list of detected pathogens and depatogenic and host characteristics is produced. The response time from obtaining the original biological sample to producing the pathogen list can be measured in minutes.

Idealmente, o dispositivo de detecção de patógeno 30 é um dispositivoportát il, segurado com a mão com um laser integrado e espectrofotômetro, tubofotomultiplicador e/ou séries de unidades COLEÇÃO DE FOTODETECTORES EMAVALANCHE (FDAS), chips de canal microfluídico PDMS especificamente projetados,um suprimento de pérolas com códigos de barras conjugadas com MBRs para identificaçãode vários patógenos, bem como, marcadores de detecção adequados do complexo pérola-patógeno (grânul os quâ nticos, fluoróforo, pequenas pérolas com anticorpos IgG/IgM/anti-patógenoou oligonucleotídeos conjugados). O dispositivo 30 pode armazenar uma base dedados de identidade de patógenos na placa, ou acessar uma base de dados remota, umabase de dados central. Se uma base de dados na placa ("on board") é usada, um sistemade comunicação 34 para fazer contato e receber atualizações com uma base de dadoscentral, maior é provido.Ideally, the pathogen detection device 30 is a portable, hand-held device with an integrated laser and spectrophotometer, multi-multiplier tube and / or series of units. MBR-conjugated barcoded beads for identification of various pathogens, as well as suitable detection markers of the pearl-pathogen complex (quantum beads, fluorophore, small beads with IgG / IgM / anti-pathogen antibodies or conjugated oligonucleotides). Device 30 may store a pathogen identity database on the board, or access a remote database, a central database. If an on-board database is used, a communication system 34 for contacting and receiving updates to a larger central database is provided.

O dispositivo de detecção de patógenos 30 pode incluir um dispositivo derastreamento GPS que transmite a informação geográfica específica, preferencialmentesem fio, a uma base de dados central.Uma vez que a lista de patógenoé produzida, o dispositivo de detecção depatógeno 30 pode adicionalmente fornecer mais informação de valor para o diagnósticomédico. Idealmente, um protocolo de tratamento é fornecido (etapa 18), incluindoquaisquer medidas especiais necessárias para permitir comunicação do patógeno. Outrasinformações, tais como patofisiologia, histérico da doença e referências bibliográficaspodem ser providas, permitindo que o dispositivo de detecção de patógero 30 também sejausado como uma ferramenta educacional nos cenários apropriad os.The pathogen detection device 30 may include a GPS tracking device that transmits specific geographic information, preferably wirelessly, to a central database. Since the pathogen list is produced, the pathogen detection device 30 may additionally provide more information. of value for the medical diagnosis. Ideally, a treatment protocol is provided (step 18), including any special measures necessary to enable pathogen communication. Other information, such as pathophysiology, disease hysteria, and bibliographic references can be provided, allowing the pathogen detection device 30 to be used as an educational tool in appropriate settings as well.

Um cenário de surto para uso do dispositivo numa detecção padrão depatógeno se estabelece da seguinte forma: Um aeroporto é um ponto de entrada querepresenta um dos principais vetores de transporte de patógenos, bem como, apresentaproblemas quanto a implementação da detecção tradicional e métodos de quarentena.Equipando-se uma equipe médica com um número de dispositivos de detecção depatógenos como aqui descritos, e um suprimento de recipientes com amostras demicropérolas capazes de detectar patógenos tipicamente transmitidos por viajantes,passageiros entrando podem ser processados no local pela obtenção de uma amostra desangue e injeção desta em um recipiente de amostra. A análise é realizada pelodispositivo de detecção de patógeno dentro de minutos e os passageiros analisados podemser rapidamente liberados ou redirecionados para tratamento e observação, se necessário.Enquanto um único dispositivo está limitado quanto a sua capacidade de processamento, ahabilidade em prover múltiplos dispositivos idênticos podem possibilitar o processamentode passageiros em questão de horas, não dias. Processamentos mais rápidos permitemque medidas adequadas de tratamento e quarentena sejam tomadas rapidamente, e sejammais efetivas, reduzindo a probabilidade da disseminação do patógeno não verificado.An outbreak scenario for using the device for standard pathogen detection is as follows: An airport is an entry point that represents one of the major pathogen transport vectors, as well as has problems regarding the implementation of traditional detection and quarantine methods. By equipping a medical team with a number of pathogen detection devices as described herein, and a supply of demicrobial sample containers capable of detecting pathogens typically transmitted by travelers, entering passengers can be processed on site by obtaining a blood sample and injection. of this in a sample container. The analysis is performed by the pathogen detection device within minutes and the analyzed passengers can be quickly released or redirected for treatment and observation if necessary. While a single device is limited in its processing capability, the ability to provide multiple identical devices may enable processing passengers in a matter of hours, not days. Faster processing enables appropriate treatment and quarantine measures to be taken quickly and more effectively, reducing the likelihood of unchecked pathogen spread.

Como exemplo, um dispositivo de detecção de patógeno pode contermicropérolas codificadas com códigos de barras MBR-conjugadas para detecção de trêspatógenos diferentes, ditos, HIV, Hepatite B e Hepatite C. As micropérolas associadascom cada patógeno apresenta um código de barras separadamente identificável, porexemplo, HIV pode apresentar pérolas vermelhas (por exemplo, detecção pelo anticorpogp41 como indicador de infecção HIV), Hepatite B por pérolas amarelas (por exemplo,detecção pelo anticorpo NSP4 como indicador de infecção de Hepatite B), e Hepatite Cpor pérolas vermelhas-amareladas (por exemplo, detecção pelo anticorpo anti-NSP4 comoindicador de infecção de Hepatite C), e preferivelmente todos os marcadores de detecçãoutilizando o complexo marcador-patógeno laranja ou qualquer cor-marcador que sejaespectralmente diferente da cor dos códigos de barra. Assim, o sistema de detecção podeprontamente identificar qualquer patógeno detectado simplesmente pelo comprimento deonda (que identifica a cor) ou intensidade dos espectros da pérola.As an example, a pathogen detection device may contain MBR-conjugated barcoded coded beads for detecting three different said pathogens, HIV, Hepatitis B, and Hepatitis C. The beads associated with each pathogen have a separately identifiable barcode, for example, HIV may have red beads (eg, detection by anticorpogp41 as an indicator of HIV infection), Hepatitis B by yellow beads (eg, detection by NSP4 antibody as an indicator of Hepatitis B infection), and Hepatitis C by yellowish red beads (eg detection by anti-NSP4 antibody as an indicator of Hepatitis C infection), and preferably all detection markers using the orange marker-pathogen complex or any marker color that is spectrally different from the color of the barcodes. Thus, the detection system can readily identify any pathogen detected simply by the wavelength (which identifies the color) or intensity of the bead spectra.

A partir deste modelo, o sistema pode prontamente ser expandido, porexemplo, para cinco patqgenos, adicionando, por exemplo, as micropérolas de detecção depatógeno para o vírus da malária e da dengue. A partir disto, a extrapolação para maispatógenos (10, 20, 100) é principalmente limitada pela habilidade em criar um númerosuficiente de códigos de barras, que é baseado principalmente na dopagem dasmicropérolas e limites do mecanismo de detecção. Conforme o número aumenta, oscódigos de barras podem ser baseados nos níveis de intensidade, bem como, noscomprimentos de onda.From this model, the system can readily be expanded, for example, to five pathogens by adding, for example, the pathogen detection beads for malaria and dengue virus. From this, extrapolation to more pathogens (10, 20, 100) is mainly limited by the ability to create a sufficient number of barcodes, which is based mainly on doping of the beads and limits of the detection mechanism. As the number increases, barcodes may be based on intensity levels as well as wavelengths.

A detecção e fornecimento de um protocolo de tratamento para um patógenorepresenta simplesmente a primeira etapa de um processo potencialmente muito maisamplo para rastreamento e controle da disseminação de patógencs como mostrado nafigura 3. Projetando-se o dispositivo para ser modular e ser capaz de detectar tanto umsistema de patógenos (isto é MBRs para múltiplos patógencs) com apresentações clínicassemelhantes, atuam como uma ferramenta de investigação (por exemplo, para identificarindivíduos vacinados contra doenças selecionadas) ou permitindo que médicos ou clínicosselecionem os patógenos de interesse em suas comunidades em particular, permite umaflexibilidade de diagnólico sem precedentes de cabeceira. A incorporação de múltiplasMBRs para o mesmo patógeno aumenta a precisão da detecção e supera as limitaçõesassociadas ao uso de MBRs únicas para detecção de patógeno (isto é, mutações ediferenças de cepas que podem resultar em falso negativo ou falso positivo). Os dados dosresultados do teste junto com os dados de localização geográfica (mas, nenhuma outrainformação sobre o paciente, por exemplo, nome, endereço e outros dados para proteçãode privacidade) providos pela unidade de GPS são transmitidos para uma base de dadoscentral 40. A informação é preferivelmente enviado por meio sem fio, e imediatamente àgeração da lista de patógenos (etapa 20). A base de dados central 40 fica em contato comum número substancial de dispositivos de detecção de patógeno 30 a qualquer dadomomento.Detecting and providing a treatment protocol for a pathogen simply represents the first step in a potentially much broader process for tracking and controlling the spread of pathogens as shown in Figure 3. Designing the device to be modular and capable of detecting both a system Pathogens (ie MBRs for multiple pathogens) with similar clinical presentations, act as a research tool (for example, to identify individuals vaccinated against selected diseases) or by allowing physicians or clinicians to select pathogens of interest in their particular communities, allowing for a flexible approach. unprecedented bedside diagnosis. Incorporating multiple MBRs into the same pathogen increases detection accuracy and overcomes the limitations associated with using single pathogen detection MBRs (ie, strain-mutant strains that can result in false negative or false positive). Data from the test results along with geographic location data (but no other patient information, eg name, address, and other privacy protection data) provided by the GPS unit is transmitted to a central database 40. Information It is preferably sent wirelessly and immediately to the generation of the pathogen list (step 20). Central database 40 contacts a substantial number of pathogen detection devices 30 at any given time.

A base de dados central 40 pode estar localizada, nacional ou globalmente,ou uma combinação de diferentes bases de dados desses tipos. Idealmente, uma base dedado central de nível superior 40 é provida, a qual recebe informações constantemente detodos os dispositivos 30 espalhados pelo mundo. Ao longo do tempo, a base de dados setornará um repositório de informações sobre todos os patógenos inseridos na plataforma dedetecção emprestada a si própria para extrair, entre outros, a freqüência e ascaracterísticas globais de detecção de patógenos, perspectivas de patógenos a longo prazo(isto é, colonização de novos territó-ios), e correlações entre marcadores de patógenos ehospedeiros que podem indicar uma aumentada suscetibilidade ou resistência a doença.Central database 40 may be nationally or globally located, or a combination of different such databases. Ideally, a top level central data base 40 is provided which constantly receives information from devices 30 around the world. Over time, the database will become a repository of information about all pathogens inserted into the self-borrowing detection platform to extract, among others, the frequency and global characteristics of pathogen detection, long-term pathogen prospects (ie that is, colonization of new territories), and correlations between pathogen and host markers that may indicate increased susceptibility or resistance to disease.

Claims (50)

1. Método de realização de uma ou mais: detecção de patógenos, identificação depatógenos, caracterização de patógenos ou caracterização de hospedeiros de patógenos,CARACTERIZADO por compreender as etapas de:preparar um meio de detecção de patógpno por detecção de marcadores de patógpno ehospedeiro;coletar uma amostra de um hospedeiro;combinar a dita amostra com o dito meio de detecção de patógpno contendo detectorespatógpno específicos; eanalisar a dita amostra combinada para produzir uma lista de patógenos contidos dentrodo hospedeiro, e uma lista de características de patógpnos e hospedeiro.Method for carrying out one or more: pathogen detection, pathogen identification, pathogen characterization or pathogen host characterization, characterized by the steps of: preparing a pathogen detection means by detecting pathogen markers in the host; a sample from a host: combining said sample with said pathogen detection means containing specific pathogen detectors; and analyzing said combined sample to produce a list of pathogens contained within the host, and a list of pathogen and host characteristics. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por ainda incluircoletar informações sobre a localização de um ou mais: do dito patcgeno e do ditohospedeiro.A method according to claim 1, further comprising collecting information on the location of one or more of said pathogen and said host. 3. Método de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelas ditasinformações sobre localização ser coletada via um dispositivo GPS-conectado.Method according to claim 2, characterized in that said location information is collected via a GPS-connected device. 4. Método de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pela dita amostracoletada na dita etapa de coleta ser uma amostra de: sangue, plasma, LCR, soro, BAL,secreção NF coletada, aspirados de NF, ou expectoração.A method according to claim 1, characterized in that said sample collected in said collection step is a sample of: blood, plasma, CSF, serum, BAL, collected NF secretion, NF aspirates, or sputum. 5. Método de acordo com as reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo dito meiode detecção de patógpno compreender micropérolas conjugadas com moléculas de bio-reconhecimento patógpno específicas (MBRs) e as ditas micropérolas conterem:grâ nulos quân ticos, corantes fluorescentes, ou uma combinação destes.A method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said pathogen detection method comprises microparticles conjugated to specific pathogen recognition molecules (MBRs) and said microparticles contain: quantum granules, fluorescent dyes, or a combination of these. 6. Método de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO por cada uma dasditas micropérolas conter uma combinação única de grâ nulos quân ticos, baseada na core intensidade dos ditos grâ nulos quâ nticos, para fornecer uma código de barras óicoúnico associado a cada dita combinação de detecção micropérola-patqgeno.A method according to claim 5, characterized in that each of said beads contains a unique combination of quantum granules, based on the core intensity of said quantum granules, to provide a single single barcode associated with each said combination of granules. micropole-pathogen detection. 7. Método de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO por cada micropérolacom cáiigo de barras conjugada com seu patógetio apropriado estar ainda conjugado auma molécula de detecção e o complexo resultante da combinação ser detectado por umsegundo sinal da dita molécula de detecção para gerar uma assinatura óica de detecçãodo patcgeno.A method according to claim 6, characterized in that each micropolymer with barcode conjugated with its appropriate pathogen is further conjugated to a detection molecule and the resulting combination complex is detected by a second signal from said detection molecule to generate an optical signature. pathogen detection. 8. Método de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo dito segundosinal na dita molécula de detecção ser produzida por um fluorcforo.A method according to claim 7, characterized in that said seconds signal in said detection molecule is produced by a fluorophore. 9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 8, CARACTERIZADOpela dita molécula de detecção ser conjugada com: uma molécula IgG anti-humano, umamolécula IgM anti-humano, um anticorpo de detecção anti-patcgeno, ou uma seqüênciaoligonucleotí dica.A method according to any one of claims 7 to 8, characterized in that said detection molecule is conjugated to: an anti-human IgG molecule, an anti-human IgM molecule, an anti-pathogen detection antibody, or a oligonucleotide sequence. 10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADOpela dita etapa de aná Iise compreender iluminar o dito complexo pérola-patcgeno-sinalde detecção com um laser, analisar um espectro resultante e identificar o patcgeno apartir de uma base de dados.A method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that said analysis step comprises illuminating said pearl-pathogen-detection signal complex with a laser, analyzing a resulting spectrum and identifying the pathogen from a database. 11. Método de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pela dita etapa deaná Iise ser realizada por: um espectrofotônetro/câ mera CCD combinados, um tubofotomultiplicador, uma coleção de fotodetectores em avalanche ou uma combinaçãodestes.A method according to claim 10, characterized in that said step is performed by: a combined spectrophotometer / CCD camera, a multi-multiplier tube, an avalanche photodetector collection or a combination of these. 12. Método de acordo com as reivindicações 9-11, CARACTERIZADO pela dita etapade aná Iise compreender passar o complexo da amostra através de um canalmicro fluí dico sob a influência de forças de fluxo, através de um feixe de laser ecapturar um espectro resultante.A method according to claims 9-11, characterized in that said analysis step comprises passing the sample complex through a fluidic channel under the influence of flow forces, through a laser beam and capturing a resulting spectrum. 13. Método de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo dito canalmicrofluí dico compreender um canal de PDMS fundido que é tratado com plasma, efixado numa lâ mina de vidro.A method according to claim 12, characterized in that said micro-microfluidic channel comprises a fused PDMS channel which is plasma treated and affixed to a glass slide. 14. Método de acordo com as reivindicações 12 ou 13, CARACTERIZADO pelas ditasforças de fluxo serem tanto forças eletrocinéticas ou hidrodinâ micas.A method according to claim 12 or 13, characterized in that said flow forces are either electrokinetic or hydrodynamic forces. 15. Método de acordo com as reivindicações 9 a 14, CARACTERIZADO pela ditaidentificação do patógpno ser conseguida via associação do espectro resultante daamostra com uma coleção de espectros patçgeno-especí ficos de uma base de dados.A method according to claims 9 to 14, characterized in that said pathogen identification is achieved via association of the resulting spectrum of the sample with a collection of pathogen-specific spectra from a database. 16. Método de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pela dita base dedados estar localizada na placa do dispositivo GPS-conectado.A method according to claim 15, characterized in that said data base is located on the GPS-connected device board. 17. Método de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pela dita base dedados estar distante e ser acessada de modo sem fio.The method of claim 15, wherein said base is remote and wirelessly accessible. 18. Método de acordo com as reivindicações 1 a 17, CARACTERIZADO por aindaincluir produzir uma lista de marcadores característicos de hospedeiros associados àamostra a partir do hospedeiro como parte da dita etapa de aná Iise.The method according to claims 1 to 17, characterized in that it includes producing a list of host-associated characteristic markers from the host as part of said analysis step. 19. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, CARACTERIZADOpor ainda incluir uma etapa adicional de fornecimento de uma lista de opções detratamento com base na lista de patcgenos gerada na etapa de aná Iise.A method according to any one of claims 1 to 18, further comprising an additional step of providing a list of treatment options based on the list of pathogens generated in the analysis step. 20. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, CARACTERIZADOpor ainda incluir uma etapa adicional de transmissão da dita lista de patcgenos ecaracterísticas de patcgenos e a dita lista das características do hospedeiro para umabase de dados remota.A method according to any one of claims 1 to 19, characterized in that it further includes a further step of transmitting said list of pathogens and pathogen characteristics and said list of host characteristics for a remote database. 21. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20, CARACTERIZADOpelo meio de detecção de patógeno incluir detectores para pelo menos três patcgenosespecíficos, predeterminados.A method according to any one of claims 1 to 20, characterized in that the pathogen detection means comprises detectors for at least three predetermined specific pathogens. 22. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 21, CARACTERIZADOpelo meio de detecção de patcigeno incluir detectores para HIV, hepatite B e hepatite C.A method according to any one of claims 1 to 21, characterized in that the pathogen detection means includes detectors for HIV, hepatitis B and hepatitis C. 23. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 22, CARACTERIZADOpelo meio de detecção de patógpno incluir detectores para HIV, hepatite B, hepatite C,malá ria e vírus da dengue.A method according to any one of claims 1 to 22, characterized in that the pathogen detection means includes detectors for HIV, hepatitis B, hepatitis C, malaria and dengue virus. 24. Sistema para um ou mais: detecção de patcgenos, identificação depatógenos,caracterização de patógenos ou caracterização de hospedeiros de patógencs,CARACTERIZADO por compreender:a) um meio de amostra contendo moléculas de bio-reconhecimento patógpno específicas(MBRs) a ser combinado com uma amostra de hospedeiro; eb) um dispositivo de detecção de patógeno para analisar o dito meio da amostra e geraruma lista de patógenos e características de patógenos e hospedeiros detectados dentro dodito meio da amostra.24. System for one or more: pathogen detection, pathogen identification, pathogen characterization or pathogen host characterization, characterized in that it comprises: (a) a sample medium containing pathogen-specific bio-recognition molecules (MBRs) to be combined with a host sample; and b) a pathogen detection device for analyzing said sample medium and generating a list of pathogens and pathogen and host characteristics detected within said sample medium. 25. Sistema de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO por ainda incluiruma base de dados que contém informação sobre diferentes patógpnos e uma conexão nodito dispositivo de detecção de patcgeno que permite comunicação com a dita base dedados.The system of claim 24, further comprising a database containing information about different pathogens and a connection to said pathogen detection device which enables communication with said data base. 26. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 e 25,CARACTERIZADO pela dita conexão à dita base de dados ser realizada por uma redede comunicações sem fio.System according to any one of claims 24 and 25, characterized in that said connection to said database is performed by a wireless communications network. 27. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 26,CARACTERIZADO pelo dito meio de amostra compreender micropérolas conjugadascom moléculas de bioreconhecimento patcgeno especí ficas (MBRs) e as ditasmicropérolas contendo grâ nulos quân ticos e a dita amostra do hospedeiro ser umaamostra de: sangue, plasma, LCR, soro, BAL, secreção NF coletada, aspirados de NF,ou expectoração.A system according to any one of claims 24 to 26, characterized in that said sample medium comprises microparticles conjugated with specific pathogenic biorecognition molecules (MBRs) and said microparticles containing quantum granules and said host sample will be a sample of: blood, plasma, CSF, serum, BAL, collected NF secretion, NF aspirates, or sputum. 28. Sistema de acordo com a reivindicação 27, CARACTERIZADO por cada uma dasditas micropérolas conter uma combinação única de grâ nulos quâ nticos para fornecerum código de barras âico, único associado a cada patcgeno.A system according to claim 27, characterized in that each of said beads contains a unique combination of quantum granules to provide a unique, unique barcode associated with each pathogen. 29. Sistema de acordo com a reivindicação 27, CARACTERIZADO por cadamicropérola com código de barras conjugada com seu patcgeno apropriado ser aindaconjugada com um complexo gerador de um segundo sinal para gerar uma assinaturaótica de detecção de patógpno.A system according to claim 27, characterized in that a barcoded cadmium-pearl conjugated to its appropriate pathogen is further conjugated to a second signal generating complex to generate a pathogen detection signature. 30. Sistema de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADO pelo complexogerador de um segundo sinal ser um fluoróforo.A system according to claim 29, characterized in that the complex generator of a second signal is a fluorophore. 31. Sistema de acordo com a reivindicação 30, CARACTERIZADO pelo dito fluoróforoser conjugado com: uma molécula IgG anti-humano, ou uma molécula IgM anti-humano,ou um anticorpo de detecção anti-patógpno, ou uma seqü ência oligonucleotídica.A system according to claim 30, characterized in that said fluorophosphorus conjugates to: an anti-human IgG molecule, or an anti-human IgM molecule, or an anti-pathogen detection antibody, or an oligonucleotide sequence. 32. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 24-31, CARACTERIZADOpelo dito dispositivo de detecção de patógpno compreender um laser para iluminar a ditaamostra e um espectrofotônetro/câ mera CCD combinados, um tubo fotomultiplicador,uma coleção de fotodetectores em avalanche (FDAs) ou uma combinação destes paradetectar um espectro resultante.A system according to any one of claims 24-31, characterized in that said pathogen detection device comprises a laser for illuminating said sample and a combined CCD spectrophotometer / camera, a photomultiplier tube, a collection of avalanche photodetectors (FDAs). or a combination of these to detect a resulting spectrum. 33. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 24-32, CARACTERIZADOpelo dito dispositivo de detecção de patógpno ainda incluir meios para gerar uma lista deopções de tratamento com base na lista de patógpnos gerada.A system according to any one of claims 24-32, characterized in that said pathogen detection device further includes means for generating a list of treatment options based on the generated pathogen list. 34. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 24-33, CARACTERIZADOpelo dito dispositivo de detecção de patógpno ainda incluir meios para gerar uma lista demarcadores de caracterização de hospedeiro associada à dita amostra de hospedeiro.The system of any one of claims 24-33, characterized in that said pathogen detection device further includes means for generating a list of host characterization markers associated with said host sample. 35. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 24-34, CARACTERIZADOpela dita lista de patógpnos e características de patqgenos ser transmitida à dita base dedados.A system according to any one of claims 24-34, characterized in that said list of pathogens and pathogen characteristics is transmitted to said database. 36. Sistema de acordo com a reivindicação 35, CARACTERIZADO pela transmissão àdita base de dados ocorrer automaticamente sob a geração da dita lista.A system according to claim 35, characterized in that transmission to said database occurs automatically upon generation of said list. 37. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 24-36, CARACTERIZADOpela dita etapa de aná Iise compreender iluminar o dito complexo pérola-pat<geno-sinalde detecção com um laser e analisar um espectro resultante e identificar o pató^no apartir de uma base de dados.A system according to any one of claims 24-36, characterized in that said analysis step comprises illuminating said pearl-pathogen-detection signal complex with a laser and analyzing a resulting spectrum and identifying the pathogen from a data base. 38. Sistema de acordo com a reivindicação 37, CARACTERIZADO pela aná Iise da ditaamostra envolver passar a amostra através de um canal microfluíd ico e através de umfeixe de laser via forças de fluxo e capturar um espectro resultante.A system according to claim 37, characterized in that said sample analysis involves passing the sample through a microfluidic channel and through a laser beam via flow forces and capturing a resulting spectrum. 39. Sistema de acordo com a reivindicação 38, CARACTERIZADO pelo dito canal dePDMS fundido que é tratado com plasma, e fixado numa lâ mina de vidro.A system according to claim 38, characterized in that said fused plasma PDM channel is treated with plasma and fixed to a glass slide. 40. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 38 e 39,CARACTERIZADO pelas ditas forças de fluxo serem tanto eletrocinéticas quantoforças hidrodinâ micas.A system according to any one of claims 38 and 39, characterized in that said flow forces are both hydrodynamic and quantum electrodynamic forces. 41. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 37 a 40,CARACTERIZADO pelo dito espectro resultante ser direcionado via um filtro paraum: espectrofotônetro, uma série de fotodetectores em avalanche (FDAs), um tubofotomultiplicador, ou uma combinação destes.A system according to any one of claims 37 to 40, characterized in that said resulting spectrum is directed via a filter to a spectrophotometer, a series of avalanche photodetectors (FDAs), a tubophotomultiplier, or a combination thereof. 42. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 37 a 41,CARACTERIZADO pela dita identificação do patógpno ser conseguida via associaçãodo espectro resultante da amostra com uma coleção de espectros pat^eno-especí ficos dadita base de dados.A system according to any one of claims 37 to 41, characterized in that said pathogen identification is not achieved by associating the resulting sample spectrum with a collection of pathogen-specific spectra from that database. 43. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 25 a 42,CARACTERIZADO pela dita base de dados estar na placa do dispositivo.A system according to any one of claims 25 to 42, characterized in that said database is on the device board. 44. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 25 a 42,CARACTERIZADO pela dita base de dados estar remotamente localizada e seracessada de modo sem fio.A system according to any one of claims 25 to 42, characterized in that said database is remotely located and wirelessly accessed. 45. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 44,CARACTERIZADO pelo dispositivo ainda incluir um dispositivo localizador GPS parafornecer dados de localização associados à dita amostra.A system according to any one of claims 24 to 44, characterized in that the device further includes a GPS locator device for providing location data associated with said sample. 46. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 27 a 45,CARACTERIZADO pelas ditas micropérolas MBR-conjugadas e os fluorfforos MBR-conjugados serem providos como um póliofilizado.A system according to any one of claims 27 to 45, characterized in that said MBR-conjugated micropellets and MBR-conjugated fluorophores are provided as a polyophilized. 47. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 46,CARACTERIZADO pelas ditas MBRs serem um ou mais de: patógmo nativo,recombinante ou sintético e anticorpos hospedeiro específicos ou antígenos ouoligonucleotídeos complementares ao patqgeno ou genes do hospedeiro de interesse.A system according to any one of claims 24 to 46, characterized in that said MBRs are one or more of: native, recombinant or synthetic pathogen and specific host antibodies or oligonucleotide antigens complementary to the pathogen or host genes of interest. 48. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 47,CARACTERIZADO pelas moléculas de bioreconhecimento patógaio específicasincluírem MBRs para pelo menos três patqgenos específicos, predeterminados.A system according to any one of claims 24 to 47, characterized in that the specific pathogen biorecognition molecules include MBRs for at least three specific, predetermined pathogens. 49. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 48,CARACTERIZADO pelas moléculas de bioreconhecimento patógaio específicasincluírem MBRs para HIV, hepatite B e hepatite C.A system according to any one of claims 24 to 48, characterized in that the pathogen-specific biorecognition molecules include MBRs for HIV, hepatitis B and hepatitis C. 50. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 49,CARACTERIZADO pelas moléculas de bioreconhecimento patógaio específicasincluírem MBRs para HIV, hepatite B, hepatite C, malá ria e vírus da dengue.A system according to any one of claims 24 to 49, characterized in that the pathogen-specific biorecognition molecules include MBRs for HIV, hepatitis B, hepatitis C, malaria and dengue virus.
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